Efecto del hidrogel y vermicomposta en la producción de maíz

Effect of hydrogel and vermicompost on corn production

Aurelio Pedroza-Sandoval¹*, Luis G.Yáñez-Chávez¹, Ignacio Sánchez-Cohen^{1, 2} y José A. Samaniego-Gaxiola³

¹ Unidad Regional de Zonas Áridas, Universidad Autónoma Chapingo. Km 38.5 carr. Gómez Palacio- Cd. Juárez. 35230, Bermejillo, Chih., Durango. Tel. 872 7760190 Fax. 872 77 60043. *Autor para correspondencia (apedroza@chapingo.uruza.edu.mx)

³ Centro de Investigación Regional Norte Centro, INIFAP. km. 17 carr. Torreón-Matamoros. 27440, Coahuila. Tel. (871) 762-49-77.

Recibido: 8 de Agosto del 2014
Aceptado: 3 de Julio del 2015

RESUMEN

El incremento de la frecuencia e intensidad de la sequía hace más crítica la producción agropecuaria de secano (temporal). El objetivo de este estudio fue evaluar diferentes dosis de hidrogel y vermicomposta como retenedores de humedad en el suelo y su efecto en la fotosíntesis, y la producción de grano de maíz (Zea mays L.), en Bermejillo, Durango. Se usó un diseño de bloques al azar en un arreglo de parcelas divididas; las parcelas grandes fueron tres dosis de hidrogel (0, 12.5 y 25 kg ha^-1) y las parcelas chicas fueron dos dosis de vermicomposta (0 y 20 t ha^-1). La aplicación de hidrogel a dosis de 12.5 y 25 kg ha^-1 favoreció el crecimiento y productividad del maíz, al incrementar en promedio 31.5 % el contenido de humedad del suelo en relación con el testigo. El rendimiento de grano aumentó en 44.7 % cuando se aplicó 25 kg ha^-1 de hidrogel, al producir 19.1 t ha^-1, con respecto a las 13.2 t ha^-1 producidas por el testigo. Lo anterior se asoció con mejor tamaño de mazorca, y mayores tasas de fotosíntesis y de producción de biomasa. La vermicomposta no influyó en el crecimiento y producción de maíz.

Palabras clave: Zea mays, productividad, biofertilizantes, humedad edáfica, fotosíntesis.

The increasing of frequency and intensity of drought are the most critical factor in the agricultural production in rainfall areas. Evaluate different doses of hydrogel and vermicompost as soil moisture retainers and its impact on photosynthesis and the production of maize (Zea mays L.) was the objective in this study, in Bermejillo, Durango. Randomized block design in a split plot arrangement was used. Hydrogel doses of 0, 12.5 and 25 kg ha^-1 were applied in main plots, and doses of vermicompost of 0 and 20 t ha^-1 were applied in subplots. Applying 12.5 and 25 kg ha^-1 of hydrogel favored the growth and productivity of corn, it increasing the average 31.5 % the moisture content of the soil, in relation to the control. Grain yield increased 44.7% when applied 25 kg ha^-1 of hydrogel to produce 19.1 t ha^-1 compared to 13.2 t ha^-1 produced by the control. This was associated with better ear size and higher rates of photosynthesis and biomass production. Vermicompost did not influence the growth and yield of corn.

Key words: Zea mays, productivity, biofertilizers, soil moisture, photosynthesis.

INTRODUCCIÓN

Cada vez se hace más necesario plantear nuevas políticas para la gestión del agua y para afrontar la escasez de este recurso, que permita fortalecer la agricultura y la seguridad alimentaria (IMTA, 2012). Especial atención requieren las zonas áridas debido a la aleatoriedad y mayor recurrencia de las sequías. México cuenta con ambientes áridos Clase B, en una extensión superior a 50 % de la superficie total, con diversos grados de aridez en relación directa con las características de la precipitación pluvial (Velasquez et al., 2013). En estas regiones se ubica 18 % de la población nacional (González, 2012).

Las zonas áridas, aunque productivas con uso intensivo de los recursos agua-suelo, son áreas de alto riesgo e impacto ambiental (Sánchez-Cohen et al., 1997), lo cual hace necesaria la exploración constante de nuevas y apropiadas tecnologías que promuevan el uso eficiente de los recursos naturales, con un enfoque de mayor sustentabilidad. Gran parte de las tecnologías disponibles están orientadas hacia un mejor manejo del agua y suelo. El manejo del agua en el ámbito productivo abarca desde los sistemas de captación de agua de lluvia hasta los sistemas de riego eficientes, así como las técnicas de retención de humedad edáfica y el uso de materiales genéticos tolerantes al estrés hídrico (Núñez et al., 1998; Lawlor y Cornic, 2002).

En relación a los mejoradores del suelo y retenedores de humedad, se han explorado tanto los de origen natural como los sintéticos. Entre los primeros está el composteo orgánico; entre los segundos destaca el uso de hidrogeles de poliacrilamida, los cuales son copolímeros que absorben y retienen grandes cantidades de humedad y nutrientes del suelo, y los mantienen disponibles para la planta. Los hidrogeles comerciales son granulados, tienen un contenido de materia seca de 85 a 90 %, densidad aparente de 0.85 g mL^-1, peso específico de 1.10 g cm^-3, y pH de 8.1.

Los hidrogeles absorben hasta 150 veces su propio volumen, con una capacidad de retención de 980 mL de agua L^-1, una disponibilidad de 95 % y una vida productiva de 5 años. Las dosis recomendadas varían de 5 a 25 kg ha^-1, en función del tipo de suelo, cultivo y clima, según el fabricante (SNF Inc., 2011). Adicional al efecto de retención del agua en el suelo, estos productos mejoran la aireación y mantienen temperaturas que fomentan un mejor desarrollo de las plantas, con el consecuente efecto en rendimiento, como se ha mostrado experimentalmente en cultivos como acelga (Beta vulgaris) (Gutiérrez et al., 2008), plántulas forestales (Maldonado-Benítez et al., 2011), soya (Glycine max) (Galeş et al., 2012), plantas forestales (Ríos-Saucedo et al., 2012) y apio (Apium graveolens) (Kosterna et al., 2012).

Por su parte la composta orgánica mejora la capacidad de retención de la humedad edáfica mediante aumento de la porosidad y aireación, lo que favorece a los microorganismos benéficos (Navarro, 2009). Adicionalmente, las compostas permiten estabilizar la estructura del suelo y formar agregados, lo cual genera una nueva distribución de la porosidad y, por ende, contribuyen a mejorar la capacidad de retención de humedad (Mendoza y Macías, 1998) y la fertilidad del suelo (Pedroza y Durán, 2005).

El objetivo de este estudio fue evaluar el efecto de la aplicación de vermicomposta e hidrogel en la retención de humedad en el suelo y su respuesta en fotosíntesis, producción de materia seca y rendimiento de grano en maíz (Zea mays L.).

MATERIALES Y MÉTODOS

El estudio se llevó a cabo en Bermejillo, Durango, en el área del distrito de riego Núm. 17 de la Región Lagunera de Coahuila y Durango. Sus coordenadas geográficas son 26º 00' y 26º 10' N y 104º 10' y 103º 20' O, con una altitud de 1119 m. El clima es seco desértico, con régimen de lluvias en verano e invierno fresco, cuya precipitación promedio anual es de 215.5 mm; la temperatura media anual varía de 19 a 21 °C (García, 1973).

Tratamiento y diseño experimental. Se usó un diseño de bloques al azar en un arreglo de parcelas divididas con tres repeticiones. Las parcelas grandes fueron tres dosis de hidrogel (0, 12.5 y 25 kg ha^-1), y en las parcelas chicas se distribuyeron dos dosis de vermicomposta (0 y 20 t ha^-1). Cada unidad experimental fue de cuatro surcos de 0.75 x 30 m ancho y largo, respectivamente, equivalente a 90 m², para una superficie experimental de 2700 m². La parcela útil correspondió a los dos surcos centrales, en los cuales se seleccionaron cuatro plantas al azar para medir las variables que se describen posteriormente.

Establecimiento del experimento. Una vez preparado el terreno se aplicó manualmente la vermicomposta, la cual fue previamente secada al ambiente hasta peso constante. Se incorporó al suelo a una profundidad de 10 a 15 cm, con azadón. La vermicomposta se obtuvo mediante el proceso de composteo a base de lombriz roja (Eisenia fetida) producida en la Unidad Regional Universitaria de Zonas Áridas de la Universidad Autónoma Chapingo, en Bermejillo, Dgo.

La siembra, fertilización y aplicación de hidrogel se realizaron simultáneamente el 27 de marzo del 2012, mediante una sembradora fertilizadora mecánica para siembra directa de cuatro surcos marca Sembradoras del Bajío Labranza de Conservación® modelo LC-20002-N4 (México), provista con tres tolvas: una para el depósito de semilla; otra para la dosificación del hidrogel granulado; y la tercera para la aplicación del fertilizante. La distancia entre plantas fue 17 cm, con una densidad de 78,204 plantas ha^-1. La semilla y el hidrogel fueron aplicados a una profundidad de 15 cm. El material fitogenético utilizado fue maíz híbrido DK-2040, de doble propósito, con un ciclo de 70 d a floración y 110 d a cosecha.

Constantes de humedad y riego. La capacidad de campo (CC) y el punto de marchitez permanente (PMP) se midieron mediante la técnica de la olla de membrana de presión (Richard, 1948). La CC fue de 26.5 % y el PMP de 13.1 %, con una curva de abatimiento de humedad en el suelo como se muestra en la Figura 1c. Otras características físico-químicas del suelo fueron: textura franco-arcillosa, densidad aparente de 1.2 g cm^-3, conductividad eléctrica de 2.6 dS m^-1, pH de 8.1 y capilaridad (L) de 2.3669 T^0.4215 (L en cm y T en min).

Con esta información se procedió a programar los riegos respectivos. Se usó riego superficial por inundación, con agua extraída de pozo profundo. Se aplicaron tres riegos, uno de pre-siembra y dos de auxilio. El gasto de llegada a la parcela fue de 9 L s^-1; el tiempo de riego por melga fue de 5 h, con un volumen de 162 m³ por melga y una lámina de 17.05 cm por riego, como se recomienda en la región (Montemayor-Trejo et al., 2012).

La fotosíntesis (μmol CO₂ m^-2 s^-1) se midió una sola vez a los 75 d después de la siembra, en la etapa de floración, con un sistema portátil de fotosíntesis LI-6400 (LI-COR®, Inc. Lincoln, Nebraska, USA). Las mediciones se hicieron en la hoja bandera de cuatro plantas por parcela útil entre las 11 y 13 h, con luz artificial a una intensidad de 1200 μmol fotones m^-2 s^-1.

El contenido de materia seca total (g) de la parte aérea de la planta, sin incluir raíz, fue obtenida mediante muestreo destructivo y secado en estufa de aire recirculante (marca HAFO® modelo 1600, USA), a una temperatura de 75 °C por 36 h. A la cosecha se midió el rendimiento (t ha^-1), y sus componentes: diámetro de mazorca (cm) con un vernier (marca Escala®, México); longitud de mazorca (cm), con una regleta; peso de mazorca (g) y peso de grano por planta (g), con una balanza (marca Torrey® modelo EQ-10/20, México). La densidad de plantas por unidad de superficie se midió 15 d después de la siembra mediante un muestreo sistemático en tramos de 3 m lineales, dos en cada extremo y uno al centro en cada unidad experimental (Bautista et al., 2009).

Análisis estadístico. Mediante el uso del paquete estadístico SAS® Versión 9.0 (SAS Institute, 1976), se hicieron análisis de varianza y pruebas de rango múltiple de medias Tukey (P ≤ 0.05) para determinar el efecto de tratamiento, así como análisis de regresión para obtener las curvas ajustadas de abatimiento de humedad, tanto en el primero como en el segundo riego de auxilio.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Contenido de humedad edáfica. Puesto que no hubo efecto de interacción en esta variable, aquí se presentan los promedios de los factores de variación por separado. El contenido de humedad edáfica mostró diferencias significativas entre el testigo y las dosis de hidrogel (12.5 y 25 kg ha^-1) en las tres fechas de muestreo, después del primer riego de auxilio (Figuras 1a y 1b). El abatimiento de la humedad del suelo donde se aplicó el hidrogel fue gradual. En cambio, la curva de retención de humedad obtenida en laboratorio en suelo sin hidrogel, registró una caída más drástica en el potencial hídrico edáfico (Figuras 1a, 1b y 1c). Lo anterior significa que la liberación del agua por el hidrogel es lenta, lo cual permite que este recurso esté más tiempo disponible para la planta.

Adicionalmente, el contenido de humedad edáfica después del segundo riego de auxilio aumentó con la profundidad del suelo con valores mayores a 30 y 60 cm, con respecto a 15 cm, debido a la menor exposición a la evaporación del suelo en los estratos de mayor profundidad. El contenido de humedad edáfica al aplicar el hidrogel a dosis de 12.5 y 25 kg ha^-1 en las tres fechas de muestreo después del segundo riego de auxilio a la tres profundidades de suelo (15, 30 y 60 cm), superó en promedio 31.5 % al testigo (Cuadro 1).

El intervalo de humedad aprovechable para este tipo de suelo es 13.4 % dado que la CC es 26.5 % y el PMP de 13.1 %. En el tratamiento testigo el suelo siempre llegó a valores de 13 a 14 %, muy próximos al PMP, 2 o 3 d antes de cada riego; en donde se aplicó hidrogel en cualquiera de las dosis, el suelo siempre mantuvo contenidos de humedad superiores a 15 %, con menor tasa de abatimiento de la humedad que el testigo, tanto en el primero como en el segundo periodo de muestreo.

Los anteriores resultados son similares a los reportados por Rehman et al. (2011) quienes identificaron un mayor contenido de humedad del suelo al aplicar hidrogel a una profundidad del suelo de 0 a 15 cm, con respecto al testigo, durante toda la estación de crecimiento del arroz (Oryza sativa). Similarmente, Barón et al. (2007) demostraron que las aplicaciones de hidrogel en hortalizas y especies forestales retrasan hasta en 400 % el marchitamiento de las plantas, y que en sequías prolongadas la cantidad de plantas marchitas desciende en 250 %. Por su parte, Bres y Weston (1993) observaron que la retención de agua por el hidrogel incrementó el crecimiento de la planta de tomate (Solanum lycopersicum).

Rendimiento de grano y fotosíntesis. El rendimiento de grano fue significativamente mayor (P ≤ 0.05) donde se aplicó 25 kg ha^-1 de hidrogel, con efecto intermedio cuando se aplicó 12.5 kg ha^-1, y los valores más bajos correspondieron al testigo (18.3, 16.5 y 13.4 t ha^-1, respectivamente) (Cuadro 2). El mayor rendimiento se asoció con mayores valores de diámetro, longitud y peso de mazorca.

Se identificó que desde los 12.5 kg ha^-1 de hidrogel, el rendimiento de grano de maíz se incrementó significativamente (P ≤ 0.05), y que a los 25 kg ha^-1 se obtiene el rendimiento más alto (19.1 t ha^-1) (Cuadro 3). El incremento promedio de rendimiento de grano en ambas dosis de hidrogel fue 29.8 %, con respecto el testigo (Cuadro 2), lo cual coincide con lo reportado por otros investigadores quienes consignaron 32 % de incremento en el rendimiento de sorgo (Sorghum bicolor L. Moench) y maíz cuando se aplicó 25 kg ha^-1 de hidrogel (DGA, 2006). En arroz, Rehman et al. (2011) también reportaron un aumento de 6.2 % en la producción de grano, con respecto del testigo. De igual modo, Costel et al. (2012) reportaron que al aplicar hidrogel se mejoraron los rendimientos de maíz y soya.

El efecto del hidrogel estuvo relacionado con un mayor contenido de humedad edáfica y distribuida de forma más uniforme, la cual permitió mantener una actividad fotosintética mayor y lograr un mejor rendimiento de biomasa (Cuadro 4) y de rendimiento de grano, al igual que mayor tamaño de la mazorca medido en diámetro, longitud y peso. La aplicación de vermicomposta no tuvo efecto en ninguna de estas variables evaluadas.

En rendimiento de grano de maíz se encontró efecto de interacción entre la dosis de hidrogel y vermicomposta, y el mejor tratamiento fue cuando se aplicó solo hidrogel a una dosis de 25 kg ha^-1, con un rendimiento de 19.1 t ha^-1 que supera en 44.7 % al testigo (13.2 t ha^-1) (Cuadro 3). Este resultado es mayor en 10 % a lo antes reportado en maíz y sorgo con esta misma dosis de hidrogel (DGA, 2006).

Densidad de población. En esta variable no se encontró efecto significativo de los factores evaluados ni de su interacción. Lo anterior indica que en condiciones de riego una lámina de agua de 17 cm es suficiente para que ocurra la germinación y la emergencia de plántulas, de modo que durante esta fase del desarrollo no hay efecto del hidrogel.

Sin embargo, el beneficio del hidrogel se manifiesta en etapas posteriores del desarrollo, a través de un menor estrés hídrico por mantener mayor contenido de humedad edáfica durante el ciclo del cultivo, y ello repercute al final en un mejor crecimiento de la planta de maíz. La ausencia de efecto del hidrogel y de la vermicomposta en la nacencia de las plántulas, no concuerda con El-Hady et al. (2002), quienes mostraron que tanto la germinación como el crecimiento de plantas son favorecidas por un uso más eficiente del agua inducido con la aplicación directa del hidrogel al suelo. Sabir et al. (2011) también obtuvieron una mayor germinación de semillas de tomate con aplicaciones de hidrogeles.

CONCLUSIONES

La aplicación del hidrogel en dosis de 12.5 y 25 kg ha^-1 beneficia el crecimiento y productividad del maíz, al aumentar en promedio 31.5 % el contenido de humedad edáfica en relación con el testigo, durante el ciclo de crecimiento del cultivo. Este aumento en la humedad disponible para la planta inducido por el hidrogel, no influyó en la germinación de semillas, ni en la emergencia de plántulas.

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